DE19711211A1 - Fertigbauelement - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Fertigbauelement, das im wesentlichen aus einer hydrau­ lisch abgebundenen Matrix besteht, in der textile Fasern eingebettet sind.

Derartige Fertigbauelemente werden in der Praxis bspw. als Schalungselemente verwendet. So wird in der DE 44 22 448 A1 ein Schalungselement beschrieben, das aus Kurzfaserbeton hergestellt ist, einem Verbundwerkstoff, nämlich Feinbeton mit einer Faserverstärkung. Die bekannten Schalungselemente stellen relativ dünne aber feste Bauteile dar, da die Faserverstärkung relativ hohe Zug- und Biegezugspannun­ gen aufnehmen kann. Die Faserverstärkung ist im gesamten Bauelement statistisch gleichmäßig verteilt und in allen Richtungen gleichmäßig belastbar. Sie folgt auch komplizierteren Formen und Strukturen des Fertigbauelements.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Fertigbauelement der in Rede ste­ henden Art so auszugestalten und weiterzubilden, daß es bei leichter, dünnwandiger Bauform zumindest in einer Richtung, nämlich der Richtung, in der das Bauelement erhöhten Druck- bzw. Zugbelastungen ausgesetzt ist, höheren Druck- bzw. Zugbela­ stungen standhält.

Das erfindungsgemäße Fertigbauelement löst die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruches 1. Danach ist das eingangs genannte Fertigbau­ element so ausgestaltet, daß eine Bewehrung vorgesehen ist und daß die Beweh­ rung ein zumindest in einer Richtung zusammenhängendes textiles Gebilde umfaßt.

Erfindungsgemäß ist zunächst erkannt worden, daß Textilfasern hohe Zug­ spannungen aufnehmen können und sich insofern nicht nur als Komponente eines Verbundwerkstoffs, sondern auch zur Realisierung von eigenständigen Beweh­ rungselementen eignen. Es ist ferner erkannt worden, daß sich mit Hilfe von textilen Bewehrungselementen äußerst belastbare aber dennoch sehr dünnwandige Fertig­ bauelemente realisieren lassen, da die textilen Bewehrungselemente nicht rosten und daher keine Mindestüberdeckung derartiger Bewehrungselemente eingehalten werden muß. Aufgrund ihrer Dünnwandigkeit sind die erfindungsgemäßen Fertigbau­ elemente relativ leicht, wodurch sowohl der mit dem Transport als auch der mit der Montage dieser Fertigbauelemente verbundene Aufwand in Grenzen gehalten wer­ den kann. Schließlich ist noch ausgehend von den bekannten Fertigbauelementen mit einer statistisch gleichmäßig verteilten Faserbewehrung erkannt worden, daß die Belastbarkeit eines Fertigbauelements zumindest in einer Richtung bei vergleich­ barem Materialaufwand erheblich erhöht werden kann, wenn die textilen Fasern ge­ richtet in die hydraulisch abgebundene Matrix des Fertigbauelements eingebettet werden, wenn also zumindest in Richtung der zu erwartenden Zugspannung zusam­ menhängende Fasern vorgesehen sind. Daher wird erfindungsgemäß vorgeschla­ gen, ein Fertigbauelement mit einer textilen Bewehrung in Form eines zumindest in einer Richtung zusammenhängenden textilen Gebildes zu versehen.

Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, das erfindungsgemäße Fertigbauelement in werkstofftechnologischer Hinsicht zu variieren. So könnte ein textiles Gelege, d. h. eine nicht geordnete aber dennoch zusammenhängende Zusammenballung von Fa­ sern, als Bewehrung dienen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Bewehrung durch ein textiles Gewebe, also ein Gebilde aus senkrecht sich kreuzenden, ordnungsge­ mäß miteinander verflochtenen Fäden, gebildet wird. Ein solches Gewebe ist insbe­ sondere in Richtung der kett- und Schußfäden besonders belastbar. Außerdem las­ sen sich mit modernen Webmaschinen heute bereits sehr großflächige Gewebe un­ terschiedlichster, auch dreidimensionaler Struktur realisieren. Als textile Bewehrung kommen schließlich auch Geflechte in Frage.

Das textile Gebilde des erfindungsgemäßen Fertigbauelements könnte bspw. aus Glasfasern hergestellt sein bzw. Glasfasern umfassen. Die Beständigkeit einer derartigen Bewehrung hängt stark von den chemischen Eigenschaften der hydraulisch abgebundenen Matrix des Fertigbauelements ab. So beträgt die Lebens­ dauer von Glasfasern im alkalischen Milieu lediglich 50 bis 100 Jahre. Im Hinblick darauf, daß als hydraulisch abgebundene Matrix oftmals Zement oder Beton verwen­ det wird, ist daher die Verwendung von textilen Gebilden mit kohlenstoff-Fasern und/oder Aramid-Fasern vorteilhaft, die von dem alkalischen Milieu nicht angegriffen werden. Als Matrix des erfindungsgemäßen Fertigbauelements wird, wie bereits an­ gedeutet, vorzugsweise eine zementgebundene Matrix verwendet, da diese sehr ho­ hen Stabilitätsanforderungen entspricht. Möglich ist aber auch die Realisierung des erfindungsgemäßen Fertigbauelements mit einer anderen mineralisch gebundenen Matrix.

Das erfindungsgemäße Fertigbauelement kann grundsätzlich ganz unterschiedliche Funktionen übernehmen. Als besonders vorteilhaft erweist sich die Verwendung von erfindungsgemäßen Fertigbauelementen im Rahmen von Schalungssystemen und insbesondere integrierten Schalungssystemen bei der Herstellung von Betonbauwer­ ken.

Mit den einzelnen Schalungselementen wird praktisch eine Gußform für den zu er­ stellenden Betonkörper hergestellt, indem die äußere Form des zu erstellenden Be­ tonkörpers nachgebildet wird. Dazu muß jedes einzelne Schalungselemente in seiner Position ab- bzw. unterstützt werden, so daß die Schalung neben ihrem Eigengewicht auch das Gewicht des nassen Betons zusammen mit einer etwaigen Bewehrung des Betonkörpers sowie weitere während der Bauphase auftretende Belastungen trägt. Die Schalung muß den Beton außerdem während der Aushärtphase vor dem Austrocknen schützen.

Da der Auf- und Abbau von wiederverwendbaren Schalungssystemen sehr zeitinten­ siv ist und mit einem hohen Arbeitseinsatz verbunden ist, verwendet man in der Praxis häufig integrierte Schalungssysteme, also Schalungssysteme, die in bzw. an dem erstellten Betonbauwerk verbleiben. Derartige Schalungssysteme müssen auch optischen Anforderungen genügen, sich bspw. in das optische Erscheinungsbild des Betonbauwerks einfügen.

Die erfindungsgemäßen Fertigbauelemente eignen sich nun aus verschiedenen Gründen besonders für den Einsatz im Rahmen eines Schalungssystems. An dieser Stelle sei nochmals auf die auf die textile Bewehrung zurückzuführende hohe Belast­ barkeit und Tragfähigkeit der erfindungsgemäßen Fertigbauelemente bei gleichzeiti­ ger relativ leichter und dünnwandiger Bauweise hingewiesen. Schalungselemente in Form von erfindungsgemäßen Fertigbauelementen können nicht nur selbsttragend realisiert werden, sondern auch so, daß sie höheren Belastungen standhalten und neben ihrem eigenen Gewicht auch noch zumindest einen großen Teil des Gewichts des zu erstellenden Bauwerks tragen können. Da eine Korrosion der textilen Bewehrungselemente auszuschließen ist, eine Mindestüberdeckung der Bewehrungselemente also nicht erforderlich ist, können die Bewehrungselemente zwar in die hydraulisch abgebundene Matrix eingebettet, aber dennoch möglichst weit an der Außenseite des Schalungselements angeordnet sein. Dadurch kann die Bewehrung auftretende Zugspannungen besonders effektiv aufnehmen. Durch Wahl eines geeigneten Materials für die Matrix des Schalungselements läßt sich eine gute Nachbehandlung des Betons gewährleisten. Im Falle einer integrierten Schalung läßt sich dadurch auch die Beständigkeit des Betonbauwerks verbessern. Außerdem können die Schalungselemente in die Statik des erstellten Bauwerks einbezogen werden.

Grundsätzlich könnte ein Schalungselement in Form eines erfindungsgemäßen Fer­ tigbauelements als einfache Platte realisiert sein. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn ein solches Schalungselement ein gewinkeltes Profil aufweist. Zunächst weisen Profilteile im Vergleich zu einfachen Platten eine höhere Flächenbelastbarkeit auf. Außerdem lassen sich aus Profilteilen einfach in Fertigbauweise größere Flächen­ elemente zusammensetzen, mit denen auch größere Spannweiten überbrückt wer­ den können. Bei Verwendung eines Schalungselements mit einem gewinkelten Profil im Rahmen einer integrierten Schalung kommt als weiterer Vorteil hinzu, daß sich das gewinkelte Profil positiv auf die Herstellung einer Schubverbindung zwischen dem Schalungselement und dem zu erstellenden Betonkörper auswirkt.

Besonders vorteilhaft ist es nun, wenn sich das die Bewehrung bildende textile Ge­ bilde auch zumindest über einen Teil der winklig aneinandergrenzenden Abschnitte des Profils erstreckt, so daß das textile Gebilde nicht nur eine flächige, sondern quasi eine dreidimensionale Bewehrung bildet und in der Lage ist, sowohl Zug- als auch Druckbelastungen auch über die einzelnen Abschnitte des Profils hinweg aufzuneh­ men.

Selbstverständlich gibt es verschiedenste Ausgestaltungsmöglichkeiten zur Realisie­ rung eines winkligen Profils für ein Schalungselement. In der Praxis haben sich Pro­ file mit einem oder mehreren U-förmigen Abschnitten bewehrt.

Bereits voran stehend ist im Zusammenhang mit integrierten Schalungssystemen die Schubverbindung zwischen den Schalungselementen und dem Betonbauwerk ange­ sprochen worden. Dazu wird als besonders vorteilhafte Variante des erfindungsge­ mäßen Fertigbauelements ein Schalungselement vorgeschlagen, dessen textiles Bewehrungselement Fortsätze aufweist, die nicht in die hydraulisch abgebundene Matrix eingebettet sind. Diese Fortsätze ragen dann praktisch zunächst in die nasse Betonmasse und später in den ausgehärteten Betonkörper hinein. Dadurch läßt sich eine hervorragende Schubverbindung nach Art einer Verdübelung realisieren. Mit Hilfe von modernen textilverarbeitenden Maschinen, insbesondere modernen Webstühlen, lassen sich ganz unterschiedliche flächige textile Gebilde mit Fortsätzen, also letztendlich dreidimensionale textile Gebilde, herstellen. Diese Fortsätze könnten bspw. in Form von nasenartig abragenden Faserverbänden oder Gewebestücken realisiert sein. Eine andere vorteilhafte Möglichkeit besteht darin, ein textiles Gebilde mit einem Flausch in Form von abragenden einzelnen Fasern als Bewehrung zu verwenden. Nach dem Erstellen des Betonbauwerks ist der Flausch dann einseitig in die hydraulisch abgebundene Matrix des Schalungselements und auf der anderen Seite in den Betonkörper des Bauwerks eingebettet.

Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Ansprüche, andererseits auf die nachfol­ gende Erläuterung dreier Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbei­ spiele werden auch im allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildun­ gen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 ein Schalungselement in Form eines erfindungsgemäßen Fertigbau­ elements in perspektivischer Darstellung,

Fig. 2 eine Schnittdarstellung einer integrierten Schalung in Form eines Groß­ tafelelements, das durch ein erfindungsgemäßes Fertigbauelement ge­ bildet ist und

Fig. 3 eine Anordnung von erfindungsgemäßen Schalungselementen.

Die in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Schalungselemente 1 sind Ausführungsbeispiele für Fertigbauelemente, die im wesentlichen aus einer hydraulisch abgebundenen Matrix 2 bestehen, in der textile Fasern eingebettet sind.

Erfindungsgemäß bilden die textilen Fasern eine Bewehrung 3 in Form eines zumin­ dest in einer Richtung zusammenhängenden textilen Gebildes.

Bei den hier dargestellten Ausführungsbeispielen handelt es sich bei der Bewehrung 3 jeweils um ein textiles Gewebe. Die dargestellten Schalungselemente 1 ließen sich aber genausogut mit einer Bewehrung in Form eines textilen Geleges oder Geflechts realisieren. Die Bewehrung 3 kann aus Glasfasern, kohlenstoff-Fasern, Aramid-Fasern oder auch einem Gemisch aus diesen Fasern gebildet sein.

Die hydraulisch abgebundene Matrix 2 der Schalungselemente 1 wird in der Regel zementgebunden sein.

Die Schalungselemente 1 der dargestellten Ausführungsbeispiele unterscheiden sich in der Form ihres gewinkelten Profils. In Fig. 1 ist ein im wesentlichen U-förmiges Schalungselement dargestellt, das zum Überbrücken größerer Flächen auch mit weiteren gleichförmigen Schalungselementen zusammengespannt werden kann.

Fig. 3 zeigt eine Aneinanderreihung von zwei gleichförmigen Schalungselementen, die ebenfalls ein im wesentlichen U-förmiges Profil aufweisen. Hier ist allerdings einer der Schenkel 4 länger als der andere und weist an seinem freien Ende einen im rechten Winkel angeordneten Fortsatz 5 auf, der sich bei Aneinanderreihung von mehreren gleichförmigen Profilen über den Schenkel 6 des angrenzenden Profils er­ streckt. Mit den in Fig. 3 dargestellten Schalungselementen 1 kann so eine relativ dichte Schalung zusammengesetzt werden.

In Fig. 2 ist ein Schalungselement 1 im Form eines Großtafelelements mit integrierten Stegen 7 dargestellt, das praktisch bereits aus einer Aneinanderreihung von U-förmigen Abschnitten besteht. Die Länge der Stege 7 dieses Profils entspricht der Wandungsdicke des zu erstellenden Betonbauwerks. Dementsprechend ist das dargestellte Schalungselement 1 mit Ortbeton 8 aufgefüllt worden.

In allen drei dargestellten Ausführungsbeispielen erstreckt sich die textile Bewehrung 3, also das Gewebe, über alle Wandungsabschnitte des gewinkelten Profils der Schalungselemente 1. Bei der Herstellung der dargestellten Schalungselemente 1 kann entweder ein flächiges textiles Gebilde verwendet werden, das entsprechend gewinkelt gelegt und in die Matrix 2 des Schalungselements 1 eingebunden wird, oder es kann auch ein in der Form des Schalungselementes 1 hergestelltes textiles Gebilde, bspw. ein entsprechend gewebtes Gewebe, verwendet werden. Letztlich stellt das textile Gebilde dann eine dreidimensionale Bewehrung 3 dar.

Wie bereits einleitend erwähnt, sollte im Falle einer integrierten Schalung eine Schubverbindung zwischen den Schalungselementen und dem zu erstellenden Be­ tonkörper hergestellt werden. Dazu könnten Teile des textilen Gebildes aus der In­ nenwandung des Schalungselements herausragen, so daß sie letztlich in den zu er­ stellenden Betonkörper eingebunden werden und so praktisch eine Verdübelung zwi­ schen Schalungselement und Betonkörper bilden. Das textile Gebilde könnte dazu mit Fortsätzen in Form von Ausstülpungen, hervortretenden Gewebeteilen oder son­ stigen Faserverbänden versehen sein oder auch mit einer Art Flausch aus einzelnen abragenden Fasern.

In den Fig. 1 und 2 ist angedeutet, daß auch das mit Hilfe der dargestellten Scha­ lungselemente 1 zu erstellende Betonbauwerk mit einer eigenen Bewehrung, und zwar einer Stahlbewehrung versehen werden kann. Dazu werden entsprechende Bewehrungselemente 9 auf oder in der Schalung angeordnet bevor die Schalung selbst mit Ortbeton vergossen wird.

Abschließend sei darauf hingewiesen, daß die vorliegende Erfindung nicht auf Scha­ lungselemente beschränkt ist, sondern Fertigbauelemente ganz allgemein betrifft, und daß diese Fertigbauelemente zusätzlich zu der erfindungsgemäß vorgeschlagenen textilen Bewehrung auch weitere Bewehrungselemente, bspw. eine Stahlbewehrung, umfassen können, oder auch zusätzlich in die Matrix eingebundene, statistisch verteilte Kurzfasern umfassen können.

Claims (14)

1. Fertigbauelement, im wesentlichen bestehend aus einer hydraulisch abgebun­ denen Matrix (2), in der textile Fasern eingebettet sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bewehrung (3) vorgesehen ist und daß die Bewehrung (3) ein zumindest in einer Richtung zusammenhängendes textiles Gebilde umfaßt.

2. Fertigbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ge­ bilde ein Gelege ist.

3. Fertigbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ge­ bilde ein Gewebe ist.

4. Fertigbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ge­ bilde ein Geflecht ist.

5. Fertigbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß das Gebilde Glasfasern umfaßt.

6. Fertigbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich­ net, daß das Gebilde Kohlenstoffasern umfaßt.

7. Fertigbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeich­ net, daß das Gebilde Aramidfasern umfaßt.

8. Fertigbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Matrix (2) mineralisch- und vorzugsweise zementgebunden ist.

9. Schalungselement in Form eines Fertigbauelements nach einem der Ansprü­ che 1 bis 8, gekennzeichnet durch ein gewinkeltes Profil.

10. Schalungselement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich das textile Gebilde zumindest über einen Teil der winklig aneinandergrenzenden Ab­ schnitte des Profils erstreckt, so daß das textile Gebilde eine dreidimensionale Be­ wehrung (3) bildet.

11. Schalungselement nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Profil einen oder mehrere U-förmige Abschnitte aufweist.

12. Schalungselement nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeich­ net, daß das textile Gebilde Fortsätze aufweist, die nicht in die hydraulisch abgebun­ dene Matrix eingebettet sind.

13. Schalungselement nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das tex­ tile Gebilde Fortsätze in Form von abragenden Faserverbänden aufweist.

14. Schalungselement nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das tex­ tile Gebilde Fortsätze in Form von abragenden einzelnen Fasern aufweist.